特种焊接技术激光焊

1、第二单元激光焊接(laser welding)、主要内部容量、原理、分类和特性、激光焊接设备、激光焊接工艺，1960年美国科学家成功开发了世界上第一台红宝石激光。20世纪70年代开发的1964co2激光和yag激光可以通过透射或反射镜的焦点使用直径小于0.01 mm、功率密度最大为106l0l2w/cm2的能量梁作为焊接、切割和材料表面处理的热源。激光功能1亮度高激光器是世界上最亮的光co2激光器的亮度比太阳亮8级，高功率钕玻璃激光器比太阳亮6级。双向良好激光定向良好，远场传播和扩散区域小，接近理想的远场光源。3单色良好激光是单色光。知识点1原理、分类和特性、集成知识模块激光焊接概述激光焊接(

2、laser beam welding，lbw)是以高能量密度激光束作为热源的高效精密焊接方法。反射，激光发射激光活性物质或工作物质，产生辐射，通过光的放大产生单色好，方向性强，光高的射线。激光焊接的热效应取决于焊接件吸收光束能量的程度，一般表征为吸收率。金属的激光吸收率主要与激光波长、金属的特性、温度、表面条件和激光功率密度有关。金属的激光吸收率随着温度的增加而增加，电阻率的增加而增加。金属表面越粗糙，激光的吸收率越高。为了提高激光吸收率，可以在金属表面喷砂。用机械或化学方法涂层金属表面，可以有效地提高金属的激光吸收率。传热焊接：pd106 w/cm2，沸点，厚工件由于工作物质是固体，输出功率

3、低，光束质量差。传热焊接是由于激光光斑的功率密度小于106 w/cm2，因此焊接时将从焊接表面吸收的激光转换为热能，表面温度上升，将热量传递到金属内部，从而快速扩展熔化区域，根据冷却凝固形成钎焊或焊接，熔池形状几乎呈半球形。此焊接机制称为传热焊接，类似于tig焊接。特征：激光光斑功率密度低，大部分激光反射在金属表面，激光吸收率低，熔深，焊点小，主要用于lmm以下的薄板，小零件的精密焊接加工。深焊激光光斑的功率密度大于106 w/cm2，金属表面在激光束的照射下快速加热，其表面温度在很短的时间内上升到沸点(10-610-8s)，熔化金属，使其汽化。形成深度稳定的孔以实现焊接，因此被称为激光深焊。

4、结果金属蒸汽以一定速度离开熔池表面，对熔池中的液体金属产生附加压力，使熔池金属表面向下凹，在激光光斑下形成小坑，激光束在孔底继续加热时产生的金属蒸汽，一方面压迫坑底的液体金属，使坑深；相反，从坑外流出的蒸汽把熔化的金属挤入熔池周围。随着加热过程的继续，激光可以直接射进坑里，在液体金属上制造出细长的小孔。光束能量产生的金属蒸汽的反冲压力与液态金属的表面张力和重力平衡后，孔不再继续深化。传热焊接深度焊接1-等离子云2-熔化材料3-小孔4-熔化深度，激光焊接电源密度不同时加热状态a)传热熔化焊接b)深焊接c)点焊功率密度大时，产生的小孔通过整个板厚度，2，激光焊接的特征：1焦激光束功率密度大于105

5、 107wcm22深度比大的焊缝，激光焊缝的深度比现在超过12333691，厚度焊缝不能成型1个凹槽。，3适用于使用一般焊接方法难以焊接的材料，例如不能熔化的金属、对热敏感的材料和热物理特性的差异，以及尺寸和体积大的工件之间的焊接。也可用于陶瓷、有机玻璃等非金属材料焊接。使用4反射镜，梁可以达到普通焊接方法不能焊接的部分。yag激光和半导体激光器可以通过光导纤维传输，具有很好的可到达性，特别适用于小型零件和远距离焊接。5可以通过透明介质焊接密封容器内的毛坯，如可焊接在玻璃密封容器中的铍合金等剧毒物质。6激光束不受电磁干扰，没有x射线保护问题，不需要真空保护。缺点：1激光焊接难以焊接反射率高的金

6、属。2对焊加工，装配，位置要求较高。3设备一次性投资大。集成知识模块2激光焊接设备和焊接工艺、能力知识点1激光焊接设备分组(激光、光束传输和聚焦系统、光束检测器、电源、气体源、工作台、控制装置等)、光束传输和聚焦、激光输出或输出能量的检测和控制、光路曹征和工件对、加工区域的温度检测根据在激光中工作的物质的形态，分为固体、液体、气体激光器。焊接和切割用激光主要是固体激光和co2气体激光器。1固体激光固体激光器主要包括激光工作材料(红宝石、yag或钕玻璃棒)、电容器、谐振腔(全反射镜和输出窗)、泵灯、电源和控制装置。激光焊接用yag实体激光、钕掺杂钇铝石榴石晶体、激发源(泵源)、谐振腔、电源、控制

7、和冷却系统、电容器、yag激光结构图、2气体激光焊接和切割用的气体激光大部分是co2激光，工作气体的主要组成部分是co2、n2和(1)co2激光器的特性1)输出范围大。2)能量转换功率高于固体激光器。(3)co2激光波长为10.6um，属于红外线，在空气中传播得很远，衰减很少。(2)co2激光分类可将热处理用co2激光器分为密封、横流、轴向、板状四种，具体取决于结构形态。密封co2激光结构图1-平面反射镜2-阴极3-冷却管4-气体歧管5-回流机构6-阴极7-凹反射镜8-进水口9-插座10-激励电源，全反射，输出镜，横流co2激光图1-气流第三，光束检测器主要用于检测激光的输出或输出能量，并通过

8、控制系统控制功率或能量。第四，气源和电源5，工作台和控制系统，设备选择，小型、精密部件低功耗中厚部件焊接大功率点焊，钻孔脉冲连续焊接连续或高频脉冲，能力知识点2激光焊接工艺1，激光焊接能量特性1功率密度曹征激光功率密度，即其他加工工艺的要求。调整功率密度的主要方法是调整输入激光器的能量。调整聚光灯大小，即激光束与金属固体表面相交区域的大小。改变光模式的形式是改变光斑中能量的分布。改变脉冲宽度和前沿渐变等。2吸收率较高的金属表面，随着激光强反射作用温度的提高，反射率降低。在熔点以上，金属气化形成小孔后，对光束的吸收率将急剧增加。使用活性气体还可以提高材料对激光的吸收率。在保护气体氦中添加10%的

9、氧气，熔体深度会增加一倍。，厚度大的工件可以使用适当的负离焦量获得较大的保险丝，3离焦量表示工件表面离激光焦点有多远。工件曲面在焦点内时，为负离焦点，与焦点的距离为负离焦点量。相反，积极的焦点。其次，在脉冲激光焊接工艺脉冲激光焊接中，每个激光脉冲在焊接部件上形成焊点。熔接件接合为点熔接或点熔接搭接接头。由于加热斑点小，主要用于小型、精密零件和部分微电子零件的焊接。1连接器形式、2脉冲激光焊接工艺参数(1)脉冲能量和脉宽脉冲激光焊接时，脉冲能量主要影响金属的熔化量，而脉冲宽度影响熔化深度。脉冲能量恒定时，脉冲宽度增大，保险丝深度逐渐增加，如果脉冲宽度超过一定阈值，熔化反而减少，每种材料都有最佳脉

10、冲宽度，从而在焊接时最大化熔化。激光的平均功率，(2)功率密度(pd)传热焊接深度焊接，(3)焦距(f):距聚焦光束中焊接表面最小斑点的距离，f0:薄片，3，连续co2激光焊接工艺1。接头形式和组合要求(表2-7) co2激光焊接最常用的接头形式是对接和搭接接头。对于对接时的铁基合金和镍基合金材料，装配间隙必须小于焊接厚度的15%，零件的错误边和不透明度不能大于焊接厚度的25%。对于导热性好的材料(如铜合金、铝合金等)，必须将误差控制在较小的范围内。搭接合是薄板连接中常用的接合形式。焊接期间的组件间隙必须小于板材厚度的25%。2连续激光焊接工艺参数，(1)激光功率(p):与熔化深度成比例的激光

11、输出功率，(2)焊接速度(v):影响热输入和熔化，(3)光斑直径恒定入射功率时，光斑大小决定功率密度的大小。(5)氧化抑制等离子云形成的渗透防止气体(he，hear，ar)，激光安全和保护，激光危险激光安全，激光危险，用于焊接和切割的激光输出功率或能量很高，激光设备有从数千伏到数万伏的高压激励电源，会对人体造成危害。激光安全保护的核心对象是眼睛和皮肤。另外，要注意预防火灾、触电等，可能造成人员伤亡或其他严重损失的事故。1.对眼睛的伤害，1激光直接暴露，会被激光加热效果烫伤，瞬间导致失明，危险最大，后果最严重。即使是几毫瓦的he-ne激光器，功率也很小，但由于人眼的光聚焦作用，会对眼底组织造成损

12、伤。2在激光加工过程中，工件表面的光反射可能导致损坏。强烈反射的危险程度与直接暴露几乎没有区别，而漫反射光会对眼睛造成慢性损伤，导致视力下降。因此，在激光加工过程中，人眼是需要关注保护的对象。第二，以皮肤为例，可能会被激光直射光线灼伤皮肤。特别是集中后，激光功率密度很大，伤害力很强，可能会严重烧伤。紫外线、红外线分散的影响会导致长时间皮肤老化、炎症、皮肤癌等病变。第三，激光束直接照射或强反射会因可燃物的燃烧而引起火灾。用激光焊接时，材料受到强烈的热，蒸发和汽化，产生各种有毒金属烟尘。高功率激光加热时形成的等离子云会产生臭氧，对人体也有一些损害。在激光环境下长时间工作会产生疲劳等。同时，激光存在数千数万伏的高压，存在电击的危险。一、一般保护、一激光加工设备必须有明显的危险警告标志和信号，如“激光危险”、“高压危险”等。设备必须有各种安全装置。2激光光路系统应尽可能完全关闭。例如，将激光传送到金属管，以防